可再生能源配套储能的四个基本原则

文 | 陈永翀 冯彩梅 刘勇

作者供职于中科院电工研究所储能技术组，中国化学与物理电源行业协会储能应用分会

可再生能源的开发利用可以有效应对能源危机和环境问题，是世界各国能源转型和低碳经济发展的重要支柱。随着技术进步和成本逐年下降，近年来可再生能源得到了快速发展。2019年中国可再生能源新增并网装机（含水电、生物质发电）约6475万千瓦；全国风电、光伏累计装机分别为2.1亿千瓦和2亿千瓦，在电力装机中占比达到20%。

以风电、光伏为代表的可再生能源具有波动性和间歇性特点，大规模并网给电力系统带来了稳定性和可靠性挑战。

储能技术配套应用于可再生能源发电，可以提供削峰填谷服务以及平滑出力波动、跟踪预测曲线等功能，是解决可再生能源并网问题的有效途径之一。

储能技术种类较多，以抽水蓄能和电化学储能为主。根据储能需求特性和时长要求的不同，储能技术大致可以分为容量型、功率型、能量型和备用型四种类型。

其中，容量型储能一般要求连续储能时长大于4小时，例如削峰填谷场景或离网储能场景；功率型储能要求储能系统的连续储能时长往往小于30分钟，例如储能辅助调频或平滑间歇性电源功率波动场景；能量型储能介于容量型和功率型之间，一般为1小时左右的复合储能场景，要求储能系统能够提供调峰调频和紧急备用等多重功能；备用型储能在电网突然断电或电压跌落时，能够作为不间断电源立即提供紧急电力，一般要求持续时间不低于15分钟。

可再生能源发电存在分钟、小时、连续数天甚至跨季节等不同时间尺度上的波动性或间歇性，因此存在容量型、功率型、能量型和备用型等不同储能技术类型的需求，以及储能配置规模、成本要求等方面的差异。

可再生能源配套储能的主要问题

长期来看，储能的应用对可再生能源项目开发至关重要。目前由于储能技术成本较高，从经济性角度无法有效刺激新能源电站主动配置储能系统。加之商业模式单一，缺乏储能与新能源的利益分配机制，因此风电或光伏配套储能项目仅在弃电上网标杆电价较高的少数地区具备竞争力，“可再生能源+储能”模式推广和被接受程度较低，相关储能项目仍以示范为主。

未来储能度电成本还有较大下降空间，在电力市场改革和建设过程中，“可再生能源+储能”的模式也可以通过多种手段参与电力市场获益。因此，在储能成本下降和电力市场改革的双重推动下，“可再生能源+储能”将会逐渐成为未来能源发展的标配模式。在这个过程中，需要我们梳理配套的基本原则。

可再生能源配套储能的基本原则

可再生能源配套储能主要是解决可再生能源发电的波动性问题和间歇性问题。

2020年以来，我国已有江西、湖南、新疆等10多个省份相继出台可再生能源配套储能的相关政策。政策的引导和支持有助于促进储能产业的发展，但相关配置原则仍需探讨。结合目前我国可再生能源开发和储能技术发展的实际情况，可再生能源配套储能可能需要遵循以下基本原则：

（1）理想目标匹配原则

水力发电主要受丰水期和枯水期的影响，储能方面需要重点关注跨季节储能系统或采用风光水互补方案。

风电波动性大，消纳匹配性较差，且存在连续数天大风或无风天气的情况，风储结合应用的关键在于通过合理的容量配置和适当的运行策略来抑制因波动性和间歇性引发的系统冲击；配置10小时以上长时储能系统可相对有效应对风电波动性和间歇性问题。

光伏发电主要存在昼夜差异和短时波动，峰谷特性明显，发电输出与负荷匹配度较好，储能可实现定期充放，利用率相对较高。光伏电站应用储能技术可以实现平滑功率波动、削峰填谷、调频调压的功能，理论上需要配置4小时以上容量型储能系统，同时兼备平滑波动的功能。

（2）循序递进原则

上一个匹配原则是未来储能度电成本大幅下降后拟实现的理想目标，也是储能大规模发展后的情景。然而，目前的储能度电成本尚不足以支撑上述理想目标的完全实现。因此，中短期内（5～8年）可以根据储能系统发挥的不同功能价值以及可再生能源电力系统可接受的成本约束，按照备用型（离网黑启动）、功率型（平滑功率波动，调频）、能量型（平滑波动及不超过1小时的临时顶峰输出）、容量型（4小时以上的削峰填谷）的循序递进方式，逐步实现规模应用目标。

（3）集中共享原则

考虑到当不同地区光伏和风电联网叠加时，某种程度上存在功率及容量的概率互补，而且这种互补情况随着分布式新能源的增多会更加明显。因此可再生能源+储能应由分布式逐步过渡到集中式，尽可能遵循集中共享原则，提升公共资源利用效率，降低设备应用成本。

（4）并网质量主导原则

除了根据新能源特性和储能功能确定储能配置方案外，相关部门应对可再生能源的并网质量提出要求。由可再生能源业主根据质量要求，结合储能系统的安全性和经济性综合考虑，自行决定是否配置储能或配置多大规模的储能。

采用行政命令手段强制发电业主必须匹配多少容量的储能，这种方式并不可取，很容易造成储能系统性能指标弄虚作假的局面，不利于储能产业的健康可持续发展。

可再生能源发电在电力系统中的占比会持续增加，储能系统的配置可以有效解决弃风弃光及可再生能源并网带来的电力系统稳定性和灵活性问题。目前储能成本较高、收益模式尚不完善，可再生能源配套储能尚处于初期探索阶段。储能系统在可再生能源发电中的应用首先是解决波动性问题，未来成本下降后可进一步解决可再生能源发电的间歇性问题。可再生能源配套储能的发展过程中，建议遵循上述四个基本原则，以避免盲目性和资源浪费，促进储能产业的健康发展。